黑洞为何“发脾气”？“慧眼”要一探究竟

　　HXMT卫星模拟图。

　　新华社北京6月16日电（记者喻菲、全晓书、屈婷）黑洞里是否有像好莱坞科幻电影《星际穿越》中所描绘的通向另一个宇宙的秘密通道？我们还不得而知。科学家对离奇古怪又神秘莫测的黑洞开展的研究才刚刚拉开序幕，很多深藏于黑洞背后的秘密还有待揭晓，而中国6月15日发射的硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”（简称HXMT）将重点研究为什么一些黑洞会“发脾气”。

　　“慧眼”的主要观测对象是银河系内的黑洞和中子星，因为中子星的数量多，所以中子星的观测时间会比较多。“但是我们更关心黑洞。”“慧眼”首席科学家、中科院高能所粒子天体物理中心主任张双南说。

　　“黑洞非常有趣，它们的现象非常丰富，能产生X射线等各种辐射，还有可能产生高能宇宙线以及强烈的喷流。科学家很好奇黑洞究竟在干什么。现在人类只有二三十个黑洞的样本，如果我们能发现更多当然好。对已经发现的黑洞我们也希望能研究得更清楚一些，找到黑洞只是开始。科学总是越研究，越发现不理解的更多，因而要进一步研究。”张双南说。

爱因斯坦与他的黑洞公式。（手绘/贺萌）

　　什么是黑洞？

　　黑洞的类型主要有两种：恒星级黑洞和超大质量黑洞。恒星级黑洞的前身是大质量恒星，在它们寿命终结时发生超新星爆发，如果超新星爆发后的残留物质量大于太阳质量的3倍，引力就将主导一切，没有什么力量可以阻挡狂暴的引力塌缩，这颗星星走向最终的黑洞归宿，黑洞内部的物质似乎从时空中消失了，从此与宇宙失去了联系。

　　黑洞是时空中的无底深渊，是一种引力陷阱。在强大的引力作用下，一切都无法摆脱被蹂躏的命运，即便是光也无法从黑洞中逃脱。恒星级黑洞可能在所有星系中都十分普遍，这些沉默的“地雷”散布在宇宙各处。随着时钟的每一秒滴答声，就有一个新黑洞在宇宙某处诞生。据估计，仅在银河系内，就有上千万甚至更多这样的黑洞存在。

　　黑洞对于理解时空起源和宇宙的终极命运十分重要，对黑洞的理解左右着人类对宇宙未来的预测。黑洞既是观测天文学的福音，也是理论研究的灵感沃土，它为物理学家提供了一个数学演练场，使他们能够将想法推至极限，用纸和笔探寻自然界一种最极端的环境。

　　科学家如何发现黑洞的？

　　从18世纪80年代有科学家产生关于黑洞的初步猜想，到20世纪下半叶大量天文观测证据的出现，人类花了200年才接受了黑洞存在的事实。这期间大部分时间里，人们或忽视或批判有关宇宙中存在这种奇怪天体的想法。如果没有少数科学家对自然怀有的永远童心、强烈的好奇心与探索精神，人类就不可能发现并认识黑洞。

　　1971年世界上第一个X射线天文卫星“乌呼鲁”的观测证实了黑洞的存在。第一个被科学家认定为黑洞的是被称作天鹅座X－1的天体。它距离地球约6000光年，是天空中一个很强的X射线源。

　　天鹅座X－1是个双星系统，由一颗超巨星和一颗致密星组成。X射线是由可见的超巨星表面抛出的物质产生的。随着抛出物向不可见的伴星下落，展现出某种漩涡式运动，就像水从浴缸中流出来一样，而且变得非常炽热，发出高能量X射线。从观测到的可见恒星的运动状况，可以确定不可见天体的最小质量。就天鹅座X－1来说，它的质量是太阳质量的近10倍，科学家判断它必然是一个黑洞。目前科学家已经在银河系中发现20多颗类似天鹅座X－1这样的黑洞X射线双星，它们的黑洞质量大约是太阳质量的4至20倍。

黑洞还有很多未知的神秘。（手绘/贺萌）

　　黑洞也会“发脾气”？

　　张双南介绍，黑洞有时很“冷静”，有时“脾气很暴躁”。如果一个黑洞什么都不干，谁也看不见它。但是它周围有点东西，往黑洞里落的时候，跑得越来越快的物质会造成气体密度越来越高，温度非常高，就会产生X射线。物质质量的不同，或结构的不同，就会产生不同的X射线。科学家正是通过X射线来了解黑洞的性质。不同的黑洞周围的物质分布是不同的，物质如何掉进黑洞的表现也是不一样的，有时候黑洞会非常“暴躁”，物质落的速度非常快，最极端的现象就是产生伽马射线暴，落入黑洞的物质太多就产生了极端相对论喷流。

　　他说，当黑洞处于很“暴躁”的状态，它产生的X射线流强特别高。其他国外的卫星可以非常灵敏，但是适合看弱光，遇到X射线特别强时信号就会饱和了。比如钱德拉X射线望远镜就适合看“安静”的黑洞。而HXMT在有些能段的有效探测面积是有史以来最大的，虽然它不能聚焦，但是特别适合看“暴躁”的黑洞和中子星。

　　“我们将对银河系扫描，要看看黑洞的‘脾气’到底怎么样。因为以前只知道有些黑洞突然就‘发脾气’了，但为什么，我们不知道，因为还没有对它们进行长时间的研究。所以我们希望对银河系的黑洞和中子星做比较详细的普查，有的黑洞也许每年‘发脾气’三次，有的可能四年‘发一次脾气’，或者每次‘发脾气’的程度不一样。到底是什么原因造成的，我们就想了解这些情况。”张双南说。

　　中科院“百人计划”引进人才、青年科学家熊少林说：“我认为未来天文学向前一大步的进展很可能来自对黑洞的研究。为了更靠近黑洞视界以及穿透尘埃遮挡，需使用X射线波段。我希望能看到黑洞的X射线相片，也就是对黑洞视界及周围物质进行成像，一睹其真容。这有可能在50年之内实现，希望我这辈子能赶上。”（据新华社客户端）